2026届高三生物一轮复习课件：第13讲 光合作用的原理

2026高考一轮复习 第13讲 光合作用的原理 1 光合作用的过程及探索 探究光照强度对光合作用强度的影响 条件变化时光合作用各物质含量的变化 2 目 录 contents 光合作用的过程及探索 考点1 考点梳理 考点1 光合作用的过程及探索 1、探索光合作用原理的部分实验 （1）19世纪末 甲醛→糖 1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖，甲醛对植物有毒。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 （2）1937年，英国希尔 离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照无CO2条件下可释放出氧气，说明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。 ①证明水的光解与糖的合成是不同的化学反应； ②不能说明植物光合作用产生O2中的O元素全部来自H2O，因为没有排除叶绿体中可能存在其他氧元素供体的干扰。 加入铁盐或其他氧化剂 考点1 光合作用的过程及探索 （3）1941年，美国鲁宾和卡门 考点1 光合作用的过程及探索 O2 18O2 CO2 H218O C18O2 第一组 H2O 光照下的小球藻悬浮液 第二组 光照下的小球藻悬浮液 同位素标记法 光合作用释放的O2中的O元素全部来自水，并不来源于CO2 同位素：质子数相同，中子数不同的同一元素。用同位素标记的化合物，化学性质不变，也可以参与生物体内的生化反应。 12C、14C 1H、 3H 31P、32P 32S、35S 14N、15N 16O、18O 稳定性同位素标记法 原子核稳定，不发出射线。科学家也可通过测量分子质量或离心技术来区别同位素 。 放射性同位素标记法 原子核不稳定，能发出射线，科学家通过特殊的放射性显影仪器追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的过程。 考点1 光合作用的过程及探索 考点1 光合作用的过程及探索 （4）1954年,美国阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随。 （5）20世纪40年代，美国卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，发现卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳。 证明光合产物中有机物的碳来自CO2。 H2O O2 + 2H+ +能量 光照 叶绿体 ADP + Pi ATP 考点1 光合作用的过程及探索 2、光合作用的原理 （1）概念 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 （2）反应式 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 以这个为主，填空题写这个 （3）实质 （4）光合作用的过程 考点1 光合作用的过程及探索 根据是否需要光能，将光合作用分为光反应和暗反应两个阶段。 必须有光才能反应 有光、无光都能反应 光反应（光合作用第一阶段） 暗反应（光合作用第二阶段） 又称碳反应、卡尔文循环 物质转化：无机物 有机物 能量转化：光能 化学能 光解 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ （2）条件： 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+ （1）场所： 叶绿体类囊体薄膜上 （3）主要产物： O2、ATP、NADPH 光反应阶段 考点1 光合作用的过程及探索 （4）过程： ①水的光解： 2H2O O2 + 4H+ + 2e- 光 色素 ③ATP的形成： ADP + Pi + 能量 ATP 酶 （5）能量转化： 光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能 ②NADPH的形成：NADP＋＋ H+ + 2e- NADPH 酶 光反应阶段 考点1 光合作用的过程及探索 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 只能用于暗反应或叶绿体内其他反应 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 暗反应阶段 （2）条件： （1）场所： （3）主要产物： 有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH 叶绿体基质中 （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 考点1 光合作用的过程及探索 13 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 暗反应阶段 考点1 光合作用的过程及探索 （4）过程： （5）能量转化： ①CO2的固定： CO2 ＋ C5 2C3 酶 ②C3的还原： 2C3 (CH2O) + C5 酶 ATP、NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 P104相关信息 不消耗能量 考点1 光合作用的过程及探索 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 酶 （5）光合作用总过程 项目 光反应 暗反应 过程模型   实质 时间 ，以微秒计 较_____ 短促 缓慢 光能转换为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物 （6）光反应与暗反应的比较 条件 场所 在叶绿体内的 上进行 在叶绿体 中进行 物质转化 ①水的光解：__________________； ②ATP的合成：__________________ ___________； ③NADPH的合成： ①CO2的固定： __________________； ②C3的还原： 注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。 （6）光反应与暗反应的比较 类囊体薄膜 基质 ADP＋Pi＋能量 色素、光、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必须有光 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可 光 色素 2H2O O2+4H++2e- ATP 酶 NADP++ H++ 2e- NADPH 酶 CO2+C5 2C3 酶 （6）光反应与暗反应的比较 能量转化 光能→___________________________ ATP和NADPH中活跃的化学能→________________ _______ 关系 在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后，将水分解为________等，形成 ，于是光能转化成________________________；______________驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分 ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的 化学能 O2和H＋ ATP和NADPH ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH 考点1 光合作用的过程及探索 （7）光反应与暗反应的联系： ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP； 暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi； ②没有光反应，暗反应无法进行；若光反应突然停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。 没有暗反应，有机物无法合成。 考点1 光合作用的过程及探索 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 （8）光合作用中元素的转移 （1）H的转移： （2）C的转移： （3）O的转移： H2O → NADPH → (CH2O ) CO2 → C3 →（CH2O） CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 O2中的O全部来自H2O，有机物中的O全部来自CO2。 考点1 光合作用的过程及探索 【注意】 (1)并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。 (2)光反应中由光能转化的化学能并非只储存于ATP中，其部分能量储存于NADPH中。 NADPH的作用：可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用 (3)光反应产生的ATP只用于叶绿体中C3的还原等叶绿体内的生命活动，不用于叶绿体外的其他生命活动。 3、化能合成作用 （1）概念 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量 硝化细菌 2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量 硝化细菌 CO2+H2O （CH2O）+ O2 能量 酶 考点1 光合作用的过程及探索 （2）光合作用和化能合成作用的比较   [易错提醒]　绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。 无机物氧化所释放的能量 CO2和H2O 考点1 光合作用的过程及探索 1．(2024·江西上饶高三模拟)下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列判断错误的是(　　)   A．绿色植物能利用a物质将光能转换成化学能储存在c中 B．e物质中不储存化学能，所以e物质只能充当还原剂 C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升 B 题型剖析 条件变化时光合作用各物质含量的变化及关键点的移动 考点2 考点梳理 考点2 条件变化时光合作用各物质含量的变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原。 当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： (1) “过程法”分析各物质变化 考点2 条件变化时光合作用各物质含量的变化 ④图4中曲线甲表示 ， 曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ， ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ， ，曲线乙表示 。 ①图1中曲线甲表示 ， 曲线乙表示 。 C3 C5、NADPH、ATP、(CH2O) C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP、(CH2O) 和(CH2O) 和(CH2O) 题型剖析 (2)“模型法”表示C3和C5含量的变化(条件改变后短时间内各物质相对含量的变化) 考点2 条件变化时光合作用各物质含量的变化 3．(2024·山东济宁高三检测)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，正确的是(　　) A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3 的值减小 B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大 C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 B 题型剖析 4．(2024·孝感高三质检)下图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是(　　)   A．被色素吸收的光能全部用于③合成ATP B．只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原 C．如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加 D．如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3含量减少，乙的叶肉细胞④含量减少 B 题型剖析 （3）连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 ①光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 ②在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。 A、B、C组依次加大光照一黑暗的交替频率，每组处理的总时间均相同。 单位光照时间内光合作用产物的相对含量：C＞B＞A。 ③应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。 考点2 条件变化时光合作用各物质含量的变化 微专题5 （1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e-)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 （2）电子(e-)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。　 1、光系统及电子传递链 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。 (3)质子浓度(电化学)梯度的建立： ①一些质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧；另一些质子(H＋)在类囊体的基质侧和NADP＋形成NADPH。 ②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。 （4）类囊体膜对质子高度不通透，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 微专题5 微专题5 2、C3植物和C4植物 不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。以下3种类型是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。 (1)C3途径： C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。 微专题5 通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。例：水稻、小麦、大豆、马铃薯等。 (2)C4植物： 通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，它们主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 无光合午休现象 微专题5 C4植物的两次固定在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。例：玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 因为PEP羧化酶与CO2的亲和力大，低CO2浓度下也能固定，维持细胞内高CO2浓度。 3、景天酸代谢：CAM途径 (1)指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。 微专题5 (2)该途径的特点是CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定，白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中再释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。 (3)CAM植物两次固定在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。 高 考 总 复 习 在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗光合产物的25%～30%。过程如下图所示： 微专题5 4、光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。 高 考 总 复 习 光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，光呼吸可以回收碳元素（在CO2浓度低时补充光合作用所需的CO2），防止强光对叶绿体的破坏。 微专题5 高 考 总 复 习 2．(2024·北京海淀区高三检测)玉米固定CO2的能力比小麦强70倍。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4植物(如玉米)特有的固定CO2的关键酶。科研人员将玉米的PEPC基因导入小麦中，获得转基因小麦以提高小麦产量。为探究转基因小麦固定CO2的能力，研究人员将转基因小麦和普通小麦分别放置在相同的密闭小室中，给予充足的光照，利用红外测量仪每隔5 min测定小室中的CO2浓度，结果如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A.PEPC能降低固定CO2反应的活化能 B．图中属于转基因小麦变化曲线的是Ⅱ C．图中CO2浓度保持不变时植物的光合速率等于呼吸速率 D．突然降低光照强度，短时间内细胞中ADP和C5的含量均降低 D 题型剖析 D 3．(2024·广东佛山高三月考)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。在光呼吸中，可以明显地减弱光合作用，降低作物产量，没有ATP或NADPH的生成，是一个消耗能量的过程。光呼吸是植物在长期进化过程中，为了适应环境变化、提高抗逆性而形成的一条代谢途径，具有重要的生理意义。下列说法错误的是(　　) A．光呼吸的生理作用在于干旱和过强光照下，能减少细胞受损的可能 B．正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低 C．光呼吸会消耗有机物，适当抑制光呼吸可以增加作物产量 D．光合作用的产物淀粉和蔗糖都可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处 题型剖析 $$